(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダの原理を用いる位置計測装置において、
第１の光検知器を１つ、該第１の光検知器よりも受光感度の低い第２の光検知器を２つ備え、
２つの前記第２の光検知器の受光視野を一部互いに重ねた領域内に前記第１の光検知器の受光視野が位置し、かつ前記第１の光検知器の受光視野の外縁と前記第２の光検知器の各々の受光視野の外縁とが互いに重なるように、前記第１の光検知器と前記第２の光検知器とが配置されていることを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の光検知器からの受信信号に基づいて夫々測距値を求める測距手段を有することを特徴とする請求項１の位置計測装置。
【請求項３】
前記測距手段が求めた測距値が複数存在する場合に、一の測距値を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項２の位置計測装置。
【請求項４】
前記選択手段が、前記第１及び第２の光検知器からの受信信号の信号レベルに基づいて前記一の測距値を選択することを特徴とする請求項３の位置計測装置。
【請求項５】
前記選択手段が、前記第１及び第２の光検知器からの受信信号の信号レベルに基づいて合成受光視野内の測距位置を決定することを特徴とする請求項４の位置計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つの位置計測装置と、該位置計測装置が計測したデータを解析するデータ解析装置とを含むことを特徴とする位置計測システム。
【請求項７】
レーザレーダの原理を用いる位置計測方法において、
第１の光検知器の受光視野が前記第１の光検知器の受光感度より低い受光感度を持つ第２の光検知器の受光視野に含まれ、かつ前記第１の光検知器の受光視野の外縁と前記第２の光検知器の受光視野の外縁とが互いに重なるように前記第１の光検知器と前記第２の光検知器とを配置し、
前記第１の光検知器と前記第２の光検知器の各々からの受光信号に基づいて夫々測距値と受光信号レベルとを求め、
前記受光信号レベルに基づいて合成受光視野内の測距位置を決定するとともに、
前記測距値が複数求められた場合に、前記受光信号レベルに基づいていずれか一つの測距値を選択する、
ことを特徴とする位置計測方法。
【請求項８】
第１の光検知器の受光視野を、前記第１の光検知器の受光感度よりも低い受光感度を持つ２つの第２の光検知器の受光視野の互いに重ねられた領域に含めたことを特徴とする請求項７の位置計測方法。
【請求項９】
前記第１の光検知器からの受光信号が存在する場合において、信号レベルが未飽和の場合は、前記第１の光検出器の視野領域中央を測距位置とするとともに、前記第１の光検知器からの受光信号に基づき求めた測距値を選択し、
信号レベルが飽和の場合は、前記第１の光検出器の視野領域中央を測距位置とするとともに、前記第２の光検知器からの受光信号に基づき求めた測距値を選択することと特徴とする請求項８の位置計測方法。
【請求項１０】
前記第２の光検出器の視野角を一方向に関して制限するスリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つの位置計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測装置及び位置計測処理方法に関し、特に航空機に搭載されたレーザ測距装置を使用して送電線及びその周囲の樹木の位置を計測する位置計測装置及び位置計測処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線の保守業務として、送電線とその周囲の樹木等の位置を計測することが行われている。この計測には、航空機（例えば、ヘリコプター）に搭載されたレーザ測距装置が用いられる。
【０００３】
レーザ測距装置は、パルスレーザ光を対象物に向けて照射し、対象物からの反射光を受光するまでの時間を計測することにより、自装置と対象物との間の距離を計測することができる。このようなレーザ測距装置をＧＰＳ／動揺検出装置とともに航空機に搭載する。航空機を送電線に沿って飛行させるとともに送電線を横切るようにパルスレーザ光を走査させ、レーザ測距を繰り返す。こうして、パルスレーザ光の照射方向（走査角度）と測距値とを表す情報と、ＧＰＳ／動揺検出装置を用いて得た航空機の位置・姿勢情報とからなる位置計測データを収集する。
【０００４】
収集した位置計測データを地上に用意されたデータ解析装置等により解析することにより、３次元空間上の送電線の位置を特定し、送電線とその周囲の樹木等との離隔距離を求めることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
送電線と樹木とは、色や形状が全く異なっており、レーザ測距装置から照射されたレーザ光に対する反射率やレーザ光を受ける面積が異なる。このため、レーザ測距装置の光検知器が受光する反射光は、一般に、樹木からの反射光は強く、送電線からの反射光は弱くなる。そして、これら反射光の受光レベル差は、４〜５桁に達すると見積もられる。
【０００７】
一方、送電線からの弱い反射光を検出するためには、高感度の受光検知器を用いる必要がある。しかしながら、現在の受光検知器のダイナミックレンジは３桁程度であるため、送電線からの弱い反射光を検出できる高感度の受光検知器では、樹木からの強い反射光を受光した場合に受光信号が飽和してしまう。その結果、受光信号の波形（特にピーク）を特定することができず、測距精度が低下する。このように、従来の位置計測装置には、受光信号飽和により測距精度が低下するという問題点がある。
【０００８】
また、従来の位置計測装置では、航空機の進行方向に関する位置分解能は、航空機の飛行速度と走査周波数との関係により決まる。したがって、進行方向の位置分解能を向上させるには、航空機の速度を下げ、走査周波数を上げればよい。しかしながら、航空機の速度を下げると計測効率が低下（計測にかかる時間が長くなる）し、走査周波数を上げると走査方向の位置分解能が低下するという別の問題を引き起こす。また、計測効率を上げるには、光検知器の瞬時視野を広げるという方法もあるが、単純な光検知器の広視野化は、位置分解能を低下させてしまう。
【０００９】
以上の問題点を視覚的に表すと、図６（ａ）及び（ｂ）のようになる。
【００１０】
図６（ａ）において、航空機６１に搭載された位置計測装置の光検知器（図示せず）は、受光視野６１を持つ。光検知器は、受光視野６１内に位置する測距対象物６３（ここでは曲線で表す）からの反射光を受光する。通常、光検知器は、一つの送光パルスに対して複数の反射光パルスを受け取る。位置計測装置は、これら受光した複数の反射光パルスを示す受光信号のうち、しきい値を超える最初の受光信号を採用し、それ以外の受光信号を破棄する。このとき、実際の反射光パルスが受光視野６１内のどの地点で反射されたものかに無関係に、図６（ｂ）に示すように、視野の中心がデータ処理上の測距位置とされる。その結果、最大で視野の半径に等しい位置誤差ΔＬＨが生じる。また、反射光パルスの受光レベルが飽和している場合、上述したように測距精度が低下し、測距誤差ΔＲが大きくなる。その結果、従来の位置計測装置は、図６（ａ）に示すような大きな測距誤差空間６４を持つ。
【００１１】
このように、従来の位置計測装置は、受光信号の飽和により測距精度が低下し、また位置分解能の向上が困難であるという問題点がある。
【００１２】
そこで、本発明は、測距精度を向上させた位置計測装置及び位置計測方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、位置分解能を向上させた位置計測装置及び位置計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、レーザレーダの原理を用いる位置計測装置において、第１の光検知器を１つ、該第１の光検知器よりも受光感度の低い第２の光検知器を２つ備え、
２つの前記第２の光検知器の受光視野を一部互いに重ねた領域内に前記第１の光検知器の受光視野が位置し、かつ前記第１の光検知器の受光視野の外縁と前記第２の光検知器の各々の受光視野の外縁とが互いに重なるように、前記第１の光検知器と前記第２の光検知器とが配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、レーザレーダの原理を用いる位置計測方法において、第１の光検知器の受光視野が前記第１の光検知器の受光感度より低い受光感度を持つ第２の光検知器の受光視野に含まれ、かつ前記第１の光検知器の受光視野の外縁と前記第２の光検知器の受光視野の外縁とが互いに重なるように前記第１の光検知器と前記第２の光検知器とを配置し、前記第１の光検知器と前記第２の光検知器の各々からの受光信号に基づいて夫々測距値と受光信号レベルとを求め、前記受光信号レベルに基づいて合成受光視野内の測距位置を決定するとともに、前記測距値が複数求められた場合に、前記受光信号レベルに基づいていずれか一つの測距値を選択する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、受光感度の異なる複数の光検知を用い、各光検知器の受光視野が他の一又は二以上の光検知器の受光視野と少なくとも一部重なるようにしたことで、合成受光視野を広げるとともに、位置分解能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の位置計測装置（航空機搭載装置）の主要部の構成を示すブロック図である。この位置計測装置は、レーザレーダの原理を用いる装置であって、図示のように、送光回路１１と、第１〜第３の受光回路１２〜１４と、送光回路１１に接続されるとともに第１〜第３の受光回路１２〜１４にそれぞれ接続される第１〜第３の測距回路１５〜１７と、第１〜第３の測距回路１５〜１７に接続される制御部１８と、外部記憶装置１９を備えている。
【００２１】
この位置計測装置は、上記構成のほかに、図示しないＧＰＳ部や航空機の姿勢を検出する動揺検出部などを含む。また、この位置計測装置は、地上に設置されるデータ解析装置と組み合わされて、位置計測システムを構成する。データ解析装置は、位置計測装置が収集したデータを解析し、例えば、３次元画像上で送電線を特定し、周囲の障害物、特に送電線に干渉する恐れのある樹木、を特定する。
【００２２】
送光回路１１は、図示しないレーザ発振器からのをレーザ光の出射タイミングを第１〜第３の測距回路１５〜１７へ通知する。
【００２３】
第１〜第３の受光回路１２〜１４は、対象物からの反射レーザ光を受光する光検知器を夫々含み、各光検知器からの受光信号を対応する第１〜第３の測距回路１５〜１７へ出力する。
【００２４】
第１〜第３の測距回路１５〜１７は、第１〜第３の受光回路１２〜１４からの受光信号に基づき夫々測距値を求める測距手段として機能する。詳述すると、第１〜第３の測距回路１５〜１７は、送光回路１１から通知された出射タイミングと、受光回路１２〜１４から夫々出力された受光信号とに基づいて、反射光の受光タイミング及び受光レベルを計測する。そして、第１〜第３の測距回路１５〜１７は、送光回路１１から通知された出射タイミングと特定した受光タイミングとから測距値を求める。第１〜第３の測距回路１５〜１７は、求めた測距値と受光レベルとを制御部１８に通知する。
【００２５】
制御部１８は、第１〜第３の測距回路１５〜１７から通知された測距値及び受光レベルに基づき、これらの測定値の中から最も適切と判断される測距値を選択する。即ち、制御部１８は、選択手段として機能する。そして、制御部１８は、ＧＰＳ部からの位置情報と、決定した受光回路１２，１３又は１４の光検知器の位置と、図示しない走査部の走査角度情報及び航空機の姿勢情報とを用いて位置情報（測距位置を示す情報）を得る。そして、制御部１８は、最適と判断された測距値と補正された位置情報との組を外部記憶装置１９に記憶させる。
【００２６】
次に、第１〜第３の受光回路１２〜１４に含まれる光検知器について説明する。
【００２７】
第１の受光回路１２は、第２及び第３の受光回路１３，１４の光検知器よりも高感度の光検知器を含む。第２及び第３の受光回路１３，１４は、第１の受光回路１２の光検知よりも低感度であるが、受光視野の広い光検知器を含む。高感度の光検知器としては、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が使用できる。また、低感度・広視野の光検知としては、例えばＰＩＮダイオードが使用できる。
【００２８】
図２に、第１〜第３の受光回路１２〜１４の光検知器の受光視野を示す。中央の小さい円が、第１の受光回路１２の光検知器の受光視野２１を示し、その受光視野２１を含むように上下に配置された大きい円が第２及び第３の受光回路１３，１４の光検知器の受光視野２２，２３を夫々示している。アバランシェフォトダイオードの視野角は、例えば、１５．４ｍｒａｄであり、ＰＩＮダイオードの視野角は、例えば、２７．５ｍｒａｄである。この条件で、第１〜第３の受光回路１２〜１４の光検知器の合成視野角は、図の縦方向（航空機の進行方向）に関して４０ｍｒａｄとなる。一方、図の横方向に関しては、スリット等を用いて図２に一点鎖線で示すように制限することにより、その視野角を、ＡＰＤの視野角（ここでは、１５．４ｍｒａｄ）と同程度以下にすることができる。
【００２９】
視野角４０ｍｒａｄ（円形）の視野は、１００ｍ先では半径約２ｍの円に相当する。したがって、単一の光検知器により視野角４０ｍｒａｄを実現した場合、１００ｍ先における位置分解能（最大誤差）は約±２ｍとなる。これに対して、本実施の形態に係る位置計測装置では、３つの光検知器により視野角４０ｍｒａｄを実現している。それゆえ、この位置計測装置では、位置分解能を約１／３にすることができる。具体的には、中心付近で約±０．７７ｍ、前方及び後方で約±０．６ｍを実現できる。
【００３０】
次に、図３のフローチャートを参照して制御部１８の動作について詳細に説明する。なお、第１〜第３の受光回路及び第１〜第３の測距回路は、従来の受光回路及び測距回路と同様に動作する。
【００３１】
制御部１８は、送光回路１１からの出射タイミング通知に応じて起動される。そして、まず、測距回路１（高感度光検知器）から測距値及び受光レベルが通知されたか否か判断する（ステップＳ３０１）。
【００３２】
測距回路１から測距値及び受光レベルが通知されているならば（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、受光レベルが飽和しているか否か判断する（ステップＳ３０２）。
【００３３】
受光レベルが飽和している場合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、高感度視野領域（図２の２１）内に近距離の電線・樹木が存在すると判断する（ステップＳ３０３）。この場合、高感度視野領域の中央（図２の点Ｐ１）を測距位置（補正された位置情報が示す位置）とする（ステップＳ３０４）。なお、電線であるのか樹木であるのかの判断は、データ解析装置において行われるが、本発明に直接関係がないので、その説明は省略する。
【００３４】
また、この場合、必ず測距回路２及び３からも測距値及び受光レベルが通知されるので、制御部１８は、測距回路２又は３からの測距値を選択する。この場合、より小さい値を選択することができる。
【００３５】
ステップＳ３０２において、受光レベルが飽和していないと判定された場合（ステップＳ３０２でＮＯ）は、高感度視野領域に遠距離電線が存在すると判断する（ステップＳ３０５）。この場合も、高感度視野領域の中央を検出位置とする（ステップＳ３０６）。また、制御部１８は、測距回路１からの測距値を選択する。
【００３６】
ステップＳ３０１において、測距回路１から測距値及び受光レベルが通知されていなかった場合（ステップＳ３０１でＮＯ）、測距回路２（一方の低感度光検知器）から測距値及び受光レベルが通知されたか否か判断する（ステップＳ３０７）。
【００３７】
測距回路２から測距値及び受光レベルが通知されているならば（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、第１の低感度視野領域（図２の２２）内に近距離の電線か樹木が存在すると判断する（ステップＳ３０８）。この場合、第１の低感度視野領域の略前半分の中央（図２の点Ｐ２）を検出位置とする（ステップＳ３０９）。また、制御部１８は、測距回路２からの測距値を選択する。
【００３８】
ステップＳ３０７において、測距回路２から測距値及び受光レベルが通知されていなかった場合（ステップＳ３０７でＮＯ）、測距回路３（他方の低感度光検知器）から測距値及び受光レベルが通知されたか否か判断する（ステップＳ３１０）。
【００３９】
測距回路３から測距値及び受光レベルが通知されているならば（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、第２の低感度視野領域（図２の２３）内に近距離の電線か遠距離樹木が存在すると判断する（ステップＳ３１１）。この場合、第２の低感度視野領域の略後半分の中央（図２の点Ｐ３）を検出位置とする（ステップＳ３０９）。また、制御部１８は、測距回路３からの測距値を選択する。
【００４０】
ステップＳ３１０において、測距回路３から測距値及び受光レベルが通知されていなかった場合（ステップＳ３１０でＮＯ）、入力がないものとして処理を終了し、次回の処理に備える。
【００４１】
以上の動作をまとめると図４のようになる。
【００４２】
図４において、パターン１は、処理開始→Ｓ３０１→Ｓ３０７→Ｓ３１０→Ｓ３１３→処理終了、の場合である。パターン２は、処理開始→Ｓ３０１でＹＥＳ→Ｓ３０２でＹＥＳ→Ｓ３０３→Ｓ３０４→処理終了、の場合である。パターン３は、処理開始→Ｓ３０１でＹＥＳ→Ｓ３０２でＮＯ→Ｓ３０５→Ｓ３０６→処理終了、の場合である。パターン４は、処理開始→Ｓ３０１でＮＯ→Ｓ３０７でＹＥＳ→Ｓ３０８→Ｓ３０９→処理終了、の場合である。パターン５は、処理開始→Ｓ３０１でＮＯ→Ｓ３０７でＮＯ→Ｓ３１０でＹＥＳ→Ｓ３１１→Ｓ３１２→処理終了、の場合である。
【００４３】
上記のような動作を可能にするため、第１の受光回路１２の高感度光検知器は、近距離（任意設定可能）の送電線で反射されたレーザ光を受光した場合に、受光レベルが飽和するように設定される。高感度光検知器は、遠距離送電線に対する測距を主目的として使用される。また、第１の受光回路１２の高感度光検知器の受光レベルが飽和する条件では、第２及び第３の受光回路１３，１４の低感度光検知器もまたレーザ光を検知するよう設定される。低感度光検知器は、近距離電線及び樹木の測距を主目的として使用される。
【００４４】
なお、レーザパルスとしては、例えば、パルス幅５ｎｓｅｃ、ピーク出力７ｋＷ、エネルギー３５μＪ、繰り返し周波数３２ｋＨｚのレーザパルスが使用できる。
【００４５】
図５（ａ）及び（ｂ）に、第１〜第３の受光回路１２〜１４の受光視野と誤差との関係を示す。
【００４６】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、高感度狭視野の光検知器と低感度広視野の光検知器とを組み合わせることにより、合成受光視野を広げることができるとともに、反射レーザ光の到来方向をそれより小さい領域に限定することができる。これにより、位置誤差ΔＬＨを低減することができる。また、飽和した受光信号に基づいて距離を求める必要がないので、測距誤差ΔＲを低減することができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態に係る位置計測装置では、位置分解能を向上させることができるとともに、測距精度を向上させることができる。その結果、送電線に影響を与える恐れのある樹木を写真上や現地において特定することが容易になり、作業時間を短縮することができる。
【００４８】
以上、本発明について一実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
例えば、上記実施の形態では３つの光検知器を用いる場合について説明したが２つ以上であればよい。この場合、各光検知器の受光視野が他の一又は二以上の光検知器の受光視野と少なくとも一部重なるようにする。また、高い感度を持つ光検知器の受光視野が、それより低い感度を持つ光検知器の受光視野に含まれ、かつ受光視野の外縁が互いに重なるようにする。これにより、合成受光視野を広げることができ、また、レーザ光が反射された領域を合成受光視野より狭い範囲で特定することが可能となる。
【００５０】
また、上記実施の形態では制御部において、最適なデータを選択するようにした場合について説明したが、すべての測距値及び受信レベルを記憶装置に記憶させるようにしてもよい。その場合、最適データの選択を含めデータの解析を地上に設けたデータ解析装置に行わせるようにしてよい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、位置測定装置を航空機に搭載する場合について説明したが、必ずしも航空機に搭載する必要はなく、地上においても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位置計測装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置計測装置に含まれる第１〜第３の受光回路に用いられる光検知器の受光視野を説明するための図である。
【図３】図１の位置計測装置の制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１の位置計測装置の制御部の動作を説明するための表である。
【図５】図１の位置計測装置に含まれる第１〜第３の受光回路に用いられる光検知器の受光視野と誤差との関係を説明するための図である。
【図６】従来の位置計測装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１    送光回路
１２，１３，１４    受光回路
１５，１６，１７    測距回路
１８    制御部
１９    外部記憶装置
２１，２２，２３    受光視野
６１    航空機
６２    受光視野
６３    測距対象物
６４    測距誤差空間
【図１】
0005376824.tif 000002
【図２】
0005376824.tif 000003
【図３】
0005376824.tif 000004
【図４】
0005376824.tif 000005
【図５】
0005376824.tif 000006
【図６】
0005376824.tif 000007